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S1-ブロモプロパン（n-プロピルブロミドまたはnPB）は、化学式CH3CH2CH2Brの有機臭素化合物です。 [1]無色の液体です。 水よりわずかに密度が高く、水にわずかに溶ける。 高温に加熱すると、有毒ガスを放出する可能性があります。 [2]
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石鹸を作るには、炭素-水素結合に酸素原子を挿入するだけです。 レシピは単純に聞こえるかもしれません。 しかし、髪の毛にガムが詰まっているような炭素-水素結合は、引き離すのが困難です。 それらは単なる石鹸以上の基盤を提供するため、その頑固なペアを打破する方法を見つけることは、化学産業が医薬品から家庭用品まですべてを生産する方法に革命をもたらす可能性があります。 現在、ハーバード大学とコーネル大学の研究者はまさにそれを行っています。彼らは初めて、反応性の銅-ニトレン触媒が、ガムの髪のグリップを緩めるために使用されるピーナッツバターのように、化学反応の発生を微調整するのにどのように役立つかを正確に発見しました。 —これらの強力な炭素-水素結合のXNUMXつを、化学合成の貴重な構成要素である炭素-窒素結合に変換できます。 Scienceに掲載された論文で、Kurtis Carsch、Ph.D。 ハーバード大学大学院芸術科学研究科の学生、テッド・ベトリー、ハーバード大学のエルビング化学教授、カイル・ランカスター、コーネル大学の化学准教授、および彼らの共同研究者チームは、反応性炭素-水素結合について説明するだけではありません。触媒はその魔法を実行しますが、ツールを瓶詰めして頑固な炭素-水素結合を破壊し、廃棄物、エネルギー、コストを抑えて溶媒、洗浄剤、染料などの製品を作る方法も実行します。 産業界は、多くの場合、多段階プロセスを通じてそのような製品（アミン）の基盤を築きます。まず、アルカン原料が反応性分子に変換され、多くの場合、高コストで、時には有害な触媒が使用されます。 次に、変換された基質は化学基を交換する必要があり、これにはまったく新しい触媒システムが必要になることがよくあります。 その中間ステップを回避し、代わりに目的の機能を出発材料に直接挿入することで、全体的な材料、エネルギー、コスト、さらにはプロセスの毒性さえも削減できます。 それがBetleyと彼のチームが目指したものです。化学的ステップをスキップできる触媒を見つけてください。 研究者たちは半世紀以上にわたって反応性銅-ニトレン触媒の正確な構成を探し求め、銅と窒素が化学ツールのコアであるかもしれないとさえ推測しましたが、ペアの電子の正確な形成は不明のままでした。 「電子は不動産のようなものです。 場所がすべてです」とBetley氏は述べています。 「分子内の電子の配置は、その反応性と密接に関係しています」と、彼の研究室の大学院生であるIda DiMucciとともに、銅と窒素上の電子のインベントリを確立するのを手伝ったランカスターは言いました。 X線分光法を使用して、光子が吸収されるエネルギー（電子が存在しないことの印）を見つけると、窒素上にXNUMXつの異なる穴が見つかりました。 「これらのXNUMXつの電子が失われているこの窒素のフレーバーは、何十年にもわたって反応性に関係しているとされてきましたが、そのような種の直接的な実験的証拠を提供した人は誰もいません。」 彼らは今持っています。 通常、銅原子が窒素に結合すると、両方が電子の一部を放棄して共有結合を形成し、そこで電子を公平に共有します。 「この場合、それはXNUMXつの穴のある窒素であるため、XNUMXつのフリーラジカルがあり、孤立電子対によって銅に結合されているだけです」とBetley氏は述べています。 その結合は、揮発性ニトレンが吹き飛ばされて、邪魔になるものが何であれ破壊的な化学作用を実行するのを防ぎます。 たとえば、誰かが足を切ると、体はこれらのニトレンラジカルと同様に活性酸素種を送り出します。 活性酸素種は侵入する寄生虫や感染性病原体を攻撃しますが、DNAにも損傷を与える可能性があります。 そこで、反応性ニトレンを封じ込めるために、筆頭著者のカーシュは配位子の形で巨大なケージを作りました。 配位子は、銅ニトレンペアを取り巻く有機低木林のように、触媒を無傷に保ちます。 その植え込みを減らし、炭素-水素結合のような別の物質を導入すると、燃えるようなニトレンが機能します。 Betleyは、触媒をスケルトンキーと呼んでいます。これは、そうでなければ合成に使用するには強すぎる結合を解き放つ可能性のあるツールです。 「うまくいけば、これらの化学種を生成することができます。これらの化学種は非常に反応性が高く、私たちの周りにある最も不活性な種類の物質を私たちが遊ぶことができるものとしてレンダリングします」と彼は言いました。 「それは本当に、本当に強力でしょう。」 銅やアミンなどの構成要素は豊富で安価であるため、スケルトンキーは、医薬品や家庭用品を製造するためのより実用的な方法を解き放つ可能性があります。 カーシュが最初に分子を作ったとき、「彼は文字通り喜びに満ちていた」とベトリーは言った。 「私は 『OK、落ち着く』のようでした。」しかし、結果はより興味深いものになりました。「分子には安定する権利がない」にもかかわらず、ニトレンは予想よりもよく反応し、結合構造はどのデザインとも異なって見えました。過去XNUMX年間の研究で提案されました。 「私たちが最初にそれを提案していたら、人々は私たちを嘲笑しただろうと思います。」 ベトリーは、ランカスターが「大物猟」と呼んでいるこのとらえどころのない種を追いかけましたが、2007年に研究室を立ち上げて以来、勝利よりも協力者のことを重視しています。 「Kurtisや他の生徒たちが実際に何を作ることができたかについて非常に興奮しているのを見ると、私はすべての楽しみを得ることができます。」 カーシュは批評家と化学の壁の両方に直面しましたが、それでも彼の狩りに固執しました。 「彼が頑固で、私と同じくらい頑固でよかった」とベトリーは言った。 彼らは両方とも、今彼らが壊すことができる絆と同じくらい頑固かもしれません。 コーネル大学では、ランカスターとXNUMX年生の大学院生ディムッチが調査結果を確認したとき、彼はBetleyチームに「かなりカラフルなメールを送信」しました。 しかし、彼もまた、彼の協力者の功績を認めています。 ディムッチはスタンフォードシンクロトロン放射光源でXNUMX日間過ごし、チームと一緒に触媒の電子構造を分析しました。 「彼らの新しい実験能力がなければ、私たちは本当にノイズへの信号とこのことを非常に簡単に特定することを可能にした低いバックグラウンドを持っていなかっただろう」とランカスターは言った。 次に、チームはこの新しい設計からインスピレーションを得て、危険なメタンをメタノールに変換する自然の方法を反映するなど、さらに広範囲のアプリケーションで触媒を構築することができます。 「本当の聖杯は、 『OK、そのCH結合、この分子の特定の結合、それをCN結合またはCO結合に変えたい』と言うことです」とランカスターは言いました。
針葉樹や果樹の香りのよい分子から有機ポリマーを作る方法は、バーミンガム大学の科学者によって開発されました。 3D印刷アプリケーション用に開発されたこの技術は、生物医学アプリケーションやプロトタイピングで使用するための新世代の持続可能な材料につながる可能性があります。 テルペンと呼ばれるこの分子は、さまざまな植物のエッセンシャルオイルに含まれており、香水、化粧品、その他の家庭用品によく使用されます。 抽出と処理が難しいため、合成バージョンが代用されることがよくあります。 テルペンは、樹脂の製造にも使用できます。 これは、石油化学製品から作られたプラスチックに代わる新しい持続可能なポリマーを研究している化学者やエンジニアにとって非常に興味深いものです。 課題は、興味深い材料を生産するのに十分効率的にテルペンを処理する方法を見つけることです。 バーミンガム大学の化学部の研究者は、分子を抽出して安定した樹脂に変換する技術を考案しました。 それらをチオールと呼ばれる硫黄ベースの有機化合物と組み合わせることにより、樹脂は光によって活性化されて固体材料を形成することができます。 それらの結果はPolymerChemistryに掲載されています。 このようにテルペンを処理すると、ステレオリソグラフィーと呼ばれる3D印刷プロセスで特に役立ちます。このプロセスでは、オブジェクトが複数のレイヤーに構築され、UV光の下で融合して3Dオブジェクトを形成します。 筆頭著者のAndrewDove教授は、次のように説明しています。「石油化学製品に依存しないポリマー製品を製造する持続可能な方法を見つける必要があります。 テルペンはこの検索で真の可能性を秘めていると認識されており、私たちの仕事はこれらの天然物を利用できるようにするための有望な一歩です。」 異なるテルペンは異なる材料特性を生み出し、チームの次のステップはそれらの特性をより完全に調査してそれらをよりよく制御することです。 香りはテルペンの材料特性の鍵ではありませんが、研究者はそれらがいくつかの製品にも利用できるかどうかを確認することに興味を持っています。
